林上涂层测厚仪获发明,相关技术已应用于LS225、LS226等产品
涂层测厚仪在汽车制造、电镀、五金加工、钢结构防腐等行业已非常常见。实际测量时,用户除了关心仪器能不能测,更关心的是另外几个问题:同一个位置多测几次,数据稳不稳定;涂层比较薄的时候,读数会不容易跳;车间温度发生变化以后,测量结果会不会受到影响。这些问题看起来都是“测量”的问题,不过从仪器本身看来,背后涉及激励信号、数据采集、电路设计以及探头结构等多个环节。
林上科技在涂层测厚仪研发过程中,对这些问题开展了针对性的改进,并获得发明《一种涂层测厚仪及涂层厚度测量方法》,号为ZL202010552100.0。这项目前已应用到林上部分涂层测厚仪产品中,包括LS220H、LS225、LS226等型号。
点一:数字振荡技术
数字振荡技术的优势是什么? 磁性法和涡流法涂层测厚仪,都需要通过探头产生测量信号,再根据检测到的信号变化计算涂层厚度。传统模拟振荡电路容易受到元器件本身以及外部环境影响。比如温度发生变化、电源电压有波动,也可以模拟器件参数出现漂移,都有可能让振荡信号发生变化。如果前端信号本身不稳定,后面的数据处理做得再复杂,终测量结果还是容易出现波动。终导致测量结果不高、重复性不好、数据不稳定等情况。
林上这项使用数字振荡方式,通过单片机数字信号控制激励信号。传统模拟振荡电路,这种方式可以减少温度、湿度、电源以及模拟器件参数变化对振荡信号的影响。简单理解就是先把测量所需要的基础信号从源头做稳定。这一点对于比较薄的涂镀层尤其重要。因为涂层越薄,信号变化本身就越小,如果测量电路还有较大的波动,终反映到厚度数据上就会更加明显。也就是为什么越薄越难做精准。
点二:高速ADC数据采集

涂层测厚仪的探头在测量过程中,还需要开展信号采集和计算。林上的方案中使用高速ADC进行数据采集,仪器可以快速获取检测信号,再通过程序计算相应的涂层厚度。涂层测厚仪大多都是基于磁感应或电涡流方式进行检测。不管是磁感应还是电涡流的方式,均为变化的信号。采用高速ADC进行数据采集时,采集频率高、数据会更精准。进一步提升测厚仪的检测。
高速ADC数据采集除了会影响,同样会影响测量速度。这一部分用户平时其实看不到,不过使用仪器的时候可以比较直接地感受到。比如在生产线上抽检,一件工件可能需要检测多个位置;电镀件、汽车零部件做质量控制时,一批产品往往需要连续测大量次。如果每次测量都需要等待,检测效率就会比较低。
点三:数字信号探头技术

中还有一个比较关键的设计,就是测量头与信号处理电路使用一体化固定结构。为什么把检测头和信号处理电路做在一起呢?以前一些检测仪器的结构中,传感器和后端电路之间存在较长的模拟信号传输路径,如探头与主机连接线、主副电路等结构。检测时探头移动、连接状态变化也可以外部干扰,都可能对信号产生影响。
将信号处理电路放到更加靠近测量头的位置,可以缩短信号传输距离,同时减少机械运动以及连接变化带来的干扰。林上部分涂层测厚仪的探头内部就集成了数字信号处理电路。探头获取信号后,可以在检测探头端完成相应的信号处理,再将数据传输给主机。用户不需要知道里面具体有多少块电路板,不过终结果很直观:连续测量时,数据不容易出现没有规律的大幅跳动。同时不容易受到检测环境周边的磁场或电场干扰。
之外,还需要解决现场使用的问题
一台涂层测厚仪实际好不好用,不能只看某一个技术。实验室环境一般比较稳定,而实际使用环境要复杂得多。比如夏天和冬天车间温度差别很大;同一台仪器可能今天测钢板上的油漆,明天又拿去测镀锌层;有些工件表面比较平整,有些工件则是弧面、小尺寸也可以结构比较复杂。因此在技术基础上,林上涂层测厚仪还使用了温度补偿、调零和多点校准等设计。温度补偿主要用于降低环境温度变化对测量结果的影响。因为用户测量的工件是多样化的,不同材料工件的磁性和导电性能均不一样,这样会导致测量时零点数据不一样。调零和多点校准则更加常见,用户可以根据标准片以及实际测量范围,用涂镀的工件对仪器开展校准。尤其是在对测量准确性要求比较高的情况下,按照实际工件和厚度范围校准,比直接拿仪器测量更加稳妥。

哪些涂层可以测?
涂层测厚仪能不能测,首先还是要看基材和涂层,需要从测量原理来区分。
磁性法主要用于钢、铁等铁磁性金属基体。例如:钢材表面的油漆、防腐涂层、清漆、搪瓷层,以及部分镀锌层、镀铬层等,都可以根据实际情况使用磁性法开展检测。
涡流法主要用于铝、铜等非磁性金属基体上的非导电涂层。比较常见的有铝合金表面的阳极氧化膜、油漆层、粉末喷涂层等。

所以选择涂层测厚仪时,不能只问“能测多厚”,还要先确定基材是什么、上面的涂层是什么,以及大概的厚度范围。对于电镀件、汽车零部件、五金件等薄涂镀层测量,测量重复性一般更加重要。因为厚度本身比较小,几微米甚至更小的变化,都可能直接影响质量判断。需要选择能测量超薄涂层的仪器和探头。常规的喷涂层,如喷塑喷粉等可以使用常规的探头或两用探头。
从到产品
从到产品中间实际是研发到产品化的一个转变过程 。目前,相关技术已应用于林上LS220H、LS225、LS226等多款已上市产品及部分在研发阶段的涂层测厚仪产品上。可广泛用于汽车制造、电镀、五金加工、机械制造、钢结构防腐等行业的涂层厚度测量。对于林上的涂层测厚仪来说,参数表上的是一方面,长期使用过程中数据是否稳定、不同环境下能不能保持较好的重复性,同样很重要。这也是林上在涂层测厚仪研发过程中一直在做的事情。

